CN204008445U - 一种红外光学三组分汽车尾气浓度传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种红外光学三组分汽车尾气浓度传感器，主要包括电路板和气室结构，其中电路部分包括光源驱动电路、信号调理电路、A/D转换电路以及单片机电路，气室结构部分主要包括双光源、红外探测器、反光镜、双光源聚光杯、探测器聚光杯、滤光片和气室。双光源散发出红外光，经过双光源聚光杯的反射和滤光片的过滤，滤掉多余的红外光，使其平行射出。射出的平行光束经过反光镜的反射和探测器聚光杯的聚光作用，最终使得从两个光源散出的红外光以平行光束射入红外探测器。本实用新型采用双光源发射提高了光强，通过合理的气室结构增加了光程，并且通过对环境因素的补偿，减少了环境干扰，保证了传感器的检测稳定性和检测精度。

Description

一种红外光学三组分汽车尾气浓度传感器

技术领域

本实用新型涉及一种红外光学气体传感器，具体涉及一种基于不分光红外法(NDIR)三组分汽车尾气浓度传感器。

背景技术

随着机动车保有量的快速增长，机动车排放的尾气已成为大气污染的主要来源，已成为影响城市大气环境质量的最主要因素之一。对于机动车排放的污染控制，最好的办法就是对尾气排放进行检测和控制，限制排放不达标的车辆。因此，对现有尾气检测仪器的精度和性能也提出了更高要求。对于该气体浓度监测，目前国内外最常用的检测方法主要有：红外线气体传感器、电化学气体传感器、半导体气体传感器、催化燃烧式气体传感器、热导式气体传感器等。与其它方法相比，利用不分光红外法(NDIR)原理的红外式气体传感器具有很多优点，精度和灵敏度高，选择性、稳定性和可靠性好，反应速度快，不容易中毒，寿命长，量程宽，抗干扰能力强等等。

NDIR法红外气体检测是根据单原子和同核分子组成的气体不吸收红外线能量，而异原子组成的气体(如尾气中的CO、HC、CO₂等)能吸收特定波长的红外光能量原理建立的。其吸收强度用吸收系数反映。当一束平行的红外光穿过待测气体时，由于气体对红外波段中特征波长的红外光能量进行吸收，在其相应谱线处会发生红外光能量的衰减。衰减量与该待测气体浓度、气体的厚度以及该气体吸收系数有关，关系服从朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律。

虽然国内经过多年的研究和探索也取得了较大的进展，但我国红外气体检测技术水平与国外还存在很大差距。具体表现为：与国外相比，我国红外气体分析理论的基础研究尚不完善、不够深入、也不系统；国内研制的产品受环境影响比较严重、可靠性很差，且自动化水平低等。

本实用新型研制一种基于NDIR技术的尾气浓度传感器，它能够同时测量尾气排放中CO₂、CO、HC的浓度，专门适用于测量汽车尾气排放中污染物气体的浓度。

发明内容

本实用新型针对现有气体传感器存在的缺点，研制一种基于不分光红外法(NDIR)三组分汽车尾气浓度传感器，具有稳定性好、精度高、体积小等优点。

一种红外光学三组分汽车尾气浓度传感器，主要包括电路板和气室结构，其中电路部分包括光源驱动电路、信号调理电路、A/D转换电路、单片机电路以及通信接口电路，气室结构部分主要包括双光源、红外探测器、反光镜、双光源聚光杯、探测器聚光杯、滤光片和气室，其特征在于：所述的双光源和红外探测器均穿过气室结构内壁分别与光源驱动电路和信号调理电路连接；所述的双光源散出的红外光线和红外探测器接收到的红外光源均是平行光线；所述气室结构呈圆形，双光源、两个反光镜和双光源聚光杯的中心分别处在圆的五等分点上。

所述双光源分别放置在双光源聚光杯中。

所述双光源处放置有滤光片。

所述红外探测器具有四个通道，一个为参考通道，另外三个分别为CO₂、CO、HC探测通道。

所述红外探测器与探测器聚光杯的中心连线恰好为圆的一条直径。

所述反光镜上入射光线和出射光线的夹角为36度。

所述气室内壁采用黄铜镀金。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：双光源的使用增加了红外光强度，从而提高了检测精度；新型合理的光路结构，不仅巧妙地增加了光程，而且保证光强发射均匀，消除可能对系统产生误差的干扰因素。

附图说明

图1为传感器气室结构示意图。

图2为传感器硬件电路框图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对发明作进一步详细描述。

如图1和图2所示，尾气浓度传感器主要由硬件电路和气室结构组成。其中电路部分包括光源驱动电路、信号调理电路、A/D转换电路、单片机电路、电源电路以及通信接口电路，主要用来为光源提供稳定恒压、放大滤波微弱信号并采样处理和完成其他一些辅助，例如控制串口平显示、实现与上位机通信等。气室结构部分主要包括双光源1、红外探测器7、反光镜6、双光源聚光杯3、探测器聚光杯5、滤光片2和气室4。由MCU产生一定频率的脉冲信号来控制双光源1的亮灭。双光源1通过双光源聚光杯3发出具有连续光谱的平行红外光，经过滤光片2进行滤波，去除不需要的红外波段。为 了增加光程而又能保证传感器体积小，将滤波过后的光线通过反光镜进一步反射，并在探测器聚光杯5的作用下，最终平行射入红外探测器7。红外探测器7将被气体吸收后的光能量转换为电信号在经过高精密的两级放大滤波电路放大后，得到稳定的电压信号。该电压信号通过数模转化电路，采样后的数据由MCU进行运算、处理，并通过RS-232串口方式发送给上位机以及LCD串口显示屏。

所述的双光源1和红外探测器7均穿过气室结构内壁与外部电路连接。

所述的双光源1、两个反光镜6和双光源聚光杯3的中心分别处在圆的五等分点上。

所述的双光源1分别放置在双光源聚光杯3中，使散发出的光线以平行光束射出。

所述的双光源1处放置有滤光片2，用于过滤不需要的红外光。

所述的红外探测器7接收到的红外光是经过探测器聚光杯5聚光过后的平行光束。

所述的红外探测器7具有四个通道，一个为参考通道，另外三个分别为CO₂、CO、HC探测通道，并自带窄带滤光片。

所述的红外探测器7与探测器聚光杯5的中心连线恰好为圆的一条直径。

所述的反光镜6上入射光线和出射光线的夹角为36度。

所述的气室4内壁要求内壁光洁，不易吸附气体，通常采用黄铜镀金。

Claims (7)

1.一种红外光学三组分汽车尾气浓度传感器，主要包括电路板和气室结构，其中电路部分包括光源驱动电路、信号调理电路、A/D转换电路、单片机电路以及通信接口电路，气室结构部分主要包括双光源(1)、红外探测器(7)、反光镜(6)、双光源聚光杯(3)、探测器聚光杯(5)、滤光片(2)和气室(4)，其特征在于：所述的双光源(1)和红外探测器(7)均穿过气室结构内壁分别与光源驱动电路和信号调理电路连接；所述的双光源(1)散出的红外光线和红外探测器(7)接收到的红外光源均是平行光线；所述气室结构呈圆形，双光源(1)、两个反光镜(6)和双光源聚光杯(3)的中心分别处在圆的五等分点上。

2.根据权利要求1所述的汽车尾气浓度传感器，其特征在于：所述双光源(1)分别放置在双光源聚光杯(3)中。

3.根据权利要求1所述的汽车尾气浓度传感器，其特征在于：所述双光源(1)处放置有滤光片(2)。

4.根据权利要求1所述的汽车尾气浓度传感器，其特征在于：所述红外探测器(7)具有四个通道，一个为参考通道，另外三个分别为CO₂、CO、HC探测通道。

5.根据权利要求1所述的汽车尾气浓度传感器，其特征在于：所述红外探测器(7)与探测器聚光杯(5)的中心连线恰好为圆的一条直径。

6.根据权利要求1所述的汽车尾气浓度传感器，其特征在于：所述反光镜(6)上入射光线和出射光线的夹角为36度。

7.根据权利要求1所述的汽车尾气浓度传感器，其特征在于：所述气室(4)内壁采用黄铜镀金。